趙　娟，馮曉軍，徐洪濤，田　軒，馮　博

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

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FOX-7和RDX基含鋁炸藥的沖擊起爆特性

趙娟，馮曉軍，徐洪濤，田軒，馮博

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

為研究FOX-7和RDX基含鋁炸藥的沖擊起爆特性，對其進(jìn)行了沖擊波感度試驗(yàn)和沖擊起爆試驗(yàn)，結(jié)合沖擊波在鋁隔板中的衰減特性，確定了FOX-7和RDX基含鋁炸藥的臨界隔板值和臨界起爆壓力，并通過錳銅壓阻傳感器記錄了起爆至穩(wěn)定爆轟過程壓力歷程的變化。結(jié)果表明，以Φ40mm×50mm的JH-14為主發(fā)裝藥時，F(xiàn)OX-7和RDX基含鋁炸藥臨界隔板值分別為37.51和34.51mm，對應(yīng)的臨界起爆壓力為10.91和11.94GPa；起爆壓力為11.58GPa時，F(xiàn)OX-7炸藥的到爆轟距離為25.49～30.46mm，穩(wěn)定爆轟后的爆轟壓力為27.68GPa，爆轟速度為8063m/s；起爆壓力為14.18GPa時，RDX基含鋁炸藥的到爆轟距離為17.27～23.53mm，穩(wěn)定爆轟后的爆轟壓力為17.16GPa，爆轟速度為6261m/s。

爆炸力學(xué)；沖擊起爆；FOX-7；RDX基含鋁炸藥；沖擊波感度；臨界隔板值；爆轟

引　言

凝聚態(tài)炸藥的沖擊起爆過程是一個十分復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，其沖擊轉(zhuǎn)爆轟機(jī)理是爆轟化學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)，并與炸藥的可靠性、安全性及能量釋放相關(guān)[1-3]。隨著新一代高能量密度材料的迅猛發(fā)展，炸藥的非理想性更加顯著，非理想炸藥的爆轟臨界直徑較大，需解決其可靠起爆問題，才能使其達(dá)到穩(wěn)定爆轟，確保爆轟產(chǎn)物與周圍環(huán)境發(fā)生后續(xù)的釋能反應(yīng)，從而增強(qiáng)其爆炸作功能力等[4-5]。同時，深入了解炸藥的沖擊起爆過程，對于避免炸藥在意外沖擊下的爆炸和實(shí)際應(yīng)用中的可靠起爆都具有重要的意義。

典型的沖擊起爆方式有直接接觸式、隔板式、飛片撞擊式[6-7]等，隔板試驗(yàn)由于操作簡單、重復(fù)性好，被廣泛應(yīng)用于沖擊起爆研究和沖擊波感度測量。目前，對于FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥的研究主要集中在感度測量，對其爆轟性能研究較少，關(guān)于其起爆至穩(wěn)定爆轟過程的研究尚未見報(bào)道。本研究采用隔板試驗(yàn)，針對FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥，通過沖擊波感度試驗(yàn)測得其臨界隔板值，并結(jié)合沖擊波在鋁隔板中的衰減特性研究，進(jìn)一步確定其臨界起爆壓力值和壓力歷程的變化，并分析了炸藥的爆轟特性，為深入了解這兩種炸藥的沖擊起爆特性提供參考。

1　實(shí)　驗(yàn)

1.1沖擊波感度試驗(yàn)

參考GJB 772A-97，采用隔板試驗(yàn)確定試樣50%概率發(fā)生爆轟的臨界隔板厚度G50，試驗(yàn)裝配如圖1所示。采用Ф40mm×50mm的JH-14藥柱作為主發(fā)裝藥，其爆轟后產(chǎn)生一定的沖擊波壓力，沖擊波經(jīng)過鋁隔板衰減后作用于被測試樣，可通過調(diào)節(jié)鋁隔板厚度來改變作用于被測試樣的沖擊波壓力，通過見證板的破損程度來判斷被測試樣是否被引爆。

圖1　沖擊波感度試驗(yàn)裝配圖Fig.1　Assembly of shock wave sensitivity experiment

1.2沖擊波在鋁隔板中的衰減試驗(yàn)

如圖2所示，以JH-14為主發(fā)裝藥，裝藥尺寸為Φ40mm×50mm，在鋁隔板下放置錳銅壓阻傳感器，調(diào)節(jié)隔板厚度，可測量沖擊波經(jīng)不同厚度鋁隔板衰減后的壓力值。

圖2　加載裝置圖Fig.2　Diagrams of loading device

1.3沖擊起爆試驗(yàn)

試驗(yàn)系統(tǒng)由雷管、傳爆藥、觸發(fā)探針、主發(fā)裝藥、隔板、錳銅壓阻傳感器、受試裝藥、試驗(yàn)支架、脈沖恒流源及示波器等組成，試驗(yàn)裝置見圖3。主發(fā)裝藥為Φ40mm×50mm的JH-14藥柱；傳爆藥為Φ20mm×20mm的JH-14藥柱；隔板為Φ40mm鋁隔板，厚度可調(diào)；受試裝藥為多個Φ40mm的圓柱形藥片疊加而成，每兩個藥片之間放置一個錳銅壓阻傳感器。

圖3　沖擊起爆試驗(yàn)裝置圖Fig.3　Diagrams of shock initiation experiment device

傳感器的相對電阻值變化與所受沖擊波壓力之間存在線性關(guān)系

(1)

式中：p為沖擊波壓力；Kp為壓阻系數(shù)；R0為傳感器的初始電阻值；ΔR為電阻值的增加量。

使用恒定電流時，壓力傳感器的電阻隨沖擊波壓力的變化關(guān)系可轉(zhuǎn)化為隨電壓的變化關(guān)系，利用電壓變化就可計(jì)算出該壓力傳感器所處位置的沖擊波壓力[8]。

所用錳銅壓阻傳感器密封在兩層聚四氟乙烯薄膜之間，封裝需平整均勻，且傳感器與絕緣層之間無氣泡。試驗(yàn)中利用試驗(yàn)支架對各組件進(jìn)行固定，既保證了各組件之間接觸緊密無空氣間隙，又能確保各組件同軸心，避免側(cè)向稀疏波對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。

2　結(jié)果與討論

2.1臨界隔板厚度的確定

利用圖1所示方法分別對FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥進(jìn)行沖擊波感度試驗(yàn)，測得其臨界隔板厚度(G50)分別為37.51mm和34.51mm。

在相同的起爆序列下，選取厚度小于G50的隔板進(jìn)行試驗(yàn)，便能保證被測炸藥能夠被可靠起爆，還可根據(jù)G50換算出相應(yīng)的臨界起爆壓力值。

2.2沖擊波在鋁隔板中的衰減規(guī)律

為研究沖擊波在鋁隔板中的衰減過程，測得JH-14爆轟后產(chǎn)生的沖擊波通過不同厚度鋁隔板后的壓力，將測得的的壓力值與其對應(yīng)的隔板厚度(x)作圖，如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著隔板厚度的增加，壓力值逐漸減小。當(dāng)隔板厚度較小時，壓力衰減迅速，隔板厚度從10mm增至40mm的過程中，壓力值由24.35GPa減至9.87GPa。當(dāng)隔板厚度大于40mm后，壓力的衰減逐漸變緩，在60mm處衰減為5.72GPa。

沖擊波在密實(shí)介質(zhì)中的衰減規(guī)律為[9-10]

p=p0e-αx

(2)

對該關(guān)系式兩邊取對數(shù)

lnp=lnp0-αx

(3)

將沖擊波在鋁隔板下的衰減進(jìn)行擬合，如圖5所示。

擬合所得直線方程為

lnp=3.55-0.031x

(4)

計(jì)算可得：p0=34.81GPa,α=0.031mm-1。

根據(jù)式(4)進(jìn)行計(jì)算，可知FOX-7炸藥的臨界起爆壓力為10.91GPa，RDX基含鋁炸藥的臨界起爆壓力為11.94GPa。

2.3兩種炸藥的沖擊起爆過程

利用圖3所示裝置，對FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥進(jìn)行沖擊起爆試驗(yàn)，鋁隔板厚度分別為35和30mm，對應(yīng)壓力分別為11.58和14.18GPa，測得距起爆面不同位置處的(L)波形曲線如圖6所示。

圖6　FOX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥的波形曲線Fig.6　Wave curves of FOX-7 and RDX based explosive

根據(jù)式(5)計(jì)算可得距起爆面不同位置處的壓力峰值和到達(dá)時間，結(jié)果如表1所示，壓力變化曲線如圖7所示。

圖7　壓力隨測量位置的變化曲線Fig.7　Pressure curves of different location

(5)

式中：p為受試裝藥測點(diǎn)處壓力峰值；A、B、C、D為傳感器的標(biāo)定系數(shù)；ΔVc為沖擊波作用于傳感器引起的電壓變化量；V0為恒定電流所產(chǎn)生的電壓變化量。

表1　FOX-7和RDX基含鋁炸藥距起爆面不同位置處的壓力峰值及到達(dá)時間

從圖7可以看出，對于FOX-7炸藥，從起爆面至30.46mm處的壓力峰值呈遞增趨勢，表明炸藥爆轟反應(yīng)在不斷成長。當(dāng)超過30.46mm后，壓力峰值趨于穩(wěn)定，認(rèn)為FOX-7炸藥已達(dá)到穩(wěn)定爆轟。因此，對于FOX-7藥柱，當(dāng)起爆壓力為11.58GPa時，其到爆轟距離，即由起爆發(fā)展至穩(wěn)定爆轟在25.49～30.46mm的范圍內(nèi)完成。達(dá)到穩(wěn)定爆轟后，平均爆轟壓力為27.68GPa，平均爆轟速度為8063m/s。

對于RDX基含鋁炸藥，從起爆面至9.64mm處，沖擊波壓力值逐漸減小，此時炸藥反應(yīng)處于成長階段，壓力峰值為主發(fā)裝藥經(jīng)隔板衰減后的沖擊波壓力值。隨著反應(yīng)繼續(xù)，壓力峰值開始增大，沖擊波成長為爆轟波，至23.53mm處達(dá)到穩(wěn)定爆轟。因此，對于該RDX基含鋁炸藥藥柱，起爆壓力為14.18GPa時，其到爆轟距離為17.27～23.53mm。達(dá)到穩(wěn)定爆轟后，平均爆轟壓力為17.16GPa，平均爆轟速度為6261m/s。

3　結(jié)　論

(1)沖擊波感度試驗(yàn)表明，F(xiàn)OX-7炸藥的沖擊波感度高于RDX基含鋁炸藥，F(xiàn)OX-7炸藥和RDX基含鋁炸藥的臨界隔板厚度分別為37.51和34.51mm，對應(yīng)的臨界起爆壓力分別為10.91和11.94GPa。

(2)通過沖擊波在鋁隔板中的衰減規(guī)律研究，擬合得到的沖擊波壓力隨鋁隔板厚度的變化方程為lnp=3.55-0.31x。

(3)起爆壓力為11.58GPa時，F(xiàn)OX-7炸藥的到爆轟距離為25.49～30.46mm，穩(wěn)定爆轟后的爆轟壓力為27.68GPa，爆轟速度為8063m/s；起爆壓力為14.18GPa時，RDX基含鋁炸藥的到爆轟距離為17.27～23.53mm，穩(wěn)定爆轟后的爆轟壓力為17.16GPa，爆轟速度為6261m/s。

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Shock Initiation Characteristics of FOX-7 and RDX Based Aluminized Explosive

ZHAO Juan，F(xiàn)ENG Xiao-jun，XU Hong-tao，TIAN Xuan，F(xiàn)ENG Bo

( Xi′an Modern Chemistry Research Institute, Xi′an 710065,China )

To investigate the initiation characteristics of FOX-7 and RDX based aluminized explosive initiated by shock waves，the shock wave sensitivity test and shock initiation test were carried out. Combining shock wave attenuation characteristics in aluminum, the critical gap thickness and the critical initiation pressure of FOX-7 and RDX based alminized explosive were determined. The change in pressure history of initiation to steady detonation process was recorded through manganin piezoresistance gauges. The results show that the critical gap thickness of FOX-7 and RDX based explosive is 37.51 and 34.51mm, respectively,and the corresponding critical initiation pressure is 10.91 and 11.94GPa respectively. For FOX-7,when the initiation pressure is 11.58GPa, the distance-to-detonation is from 25.49mm to 30.46 mm, the detonation pressure after steady detonation is 27.68GPa, while the detonation velocity is 8063m/s. For RDX based aluminized explosive ,when the initiation pressure is 14.18GPa, the distance-to-detonation is 17.27 mm to 23.53 mm, the detonation pressure after steady detonation is 17.16GPa, while the detonation velocity is 6261m/s.

explosion mechanics; shock initiation; FOX-7; RDX based explosive;shock wave sensitivity, critical gap thickness;detonation

10.14077/j.issn.1007-7812.2016.04.008

2015-12-01；

2016-04-15

國家自然科學(xué)基金資助(U1530147)

趙娟(1988- )，女，碩士，工程師，從事炸藥性能及爆轟化學(xué)反應(yīng)研究。E-mail: canghaiyisu_zj@126.com

TJ55;O382

A

1007-7812(2016)04-0042-04